Zink-ß-Lactamasen: Funktionelle und strukturelle Untersuchung der Beteiligung von Metallionen an der Erkennung und Aktivierung von Substraten und Substratanaloga

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Die Ausbreitung von Metallo-ß-Lactamasen unter pathogenen Bakterienstämmen wird zunehmend zum Problem bei der Behandlung von Infektionskrankheiten. Ihre Besonderheit ist die Co-Existenz zweier eng benachbarter Zinkbindungsstellen, deren Integrität Voraussetzung für die Aktivität darstellt. Alle Enzyme sind mit einem oder zwei gebundenen Zinkionen aktiv, wobei die Frage, ob es sich um binukleare Zinkenzyme handelt, immer noch kontrovers diskutiert wird. Es vermehren sich jedoch Anhaltspunkte dafür, dass es sich um Monozinkenzyme handelt, die während der Katalyse zwei alternative Bindungsstellen benötigen, die je nach den katalytischen Erfordernissen besetzt werden. Der direkte Nachweis dieser Hypothese ist Hauptgegenstand der geplanten Untersuchungen. Mit neuen Vertretern der Enzymklasse sowie mit Mutanten bereits charakterisierter Enzyme soll durch Kombination spektroskopischer, kinetischer sowie röntgenkristallographischer Methoden untersucht werden, welche Funktion den beiden Metallbindungsstellen im Katalysezyklus zukommt. Ausgehend von erfolgreichen Vorversuchen sollen Peptidinhibitoren aus D- und L-Aminosäuren synthetisiert und charakterisiert werden. Zwischenzustände des Katalysezyklus sowie Komplexe mit Inhibitoren sollen mit Hilfe der EXAFS- und PAC-Spektroskopie untersucht werden. Zusätzlich sollen Kristallstrukturen definiert metallsubstituierter Enzyme im Komplex mit Inhibitoren zeigen, in welcher Bindungsstelle das Metallion lokalisiert ist. Unabdingbare Voraussetzung für die gezielte Entwicklung spezifischer Inhibitoren, ist die Kenntnis der spezifische Funktion beider Bindungsstellen. Ziel des Vorhabens ist es, die Grundlagen für einen Modellmechanismus zu erarbeiten, der die Mobilität eines gebundenen Metallions mit einbezieht.